微型扬声器知识

微型扬声器知识讲义编著整理：游少林随着通信事业的发展，近几年以来我国通讯终端产品产量增长很快。扬声器越来越趋向微型化，而微型扬声器体积小，质量轻，所以在性能设计上有很大的局限性，设计一款优秀的微型扬声器，给消费者带来优质的听觉享受，是我们电声工程师孜孜不倦的追求。根据电声前辈们积累下来的精华结合本人对微型扬声器的实践经验，编写了本讲义。不妥之处敬请各位批评指正。一.微型扬声器的结构主要由这几部分组成（盆架，磁钢，极片，音膜，音圈，前盖，接线板，阻尼布等）耳机喇叭结构如下图：外径为15mm手机喇叭结构如下图：外径为20mm接线板手机喇叭结构如下图：外径为20mm接线板「盆架手机受话器结构如下图：外径为11*7mm,高为2.6,外磁式。二微型扬声器的发声原理1应用的基本原理——电，磁，力带有电流的导线切割磁力线，会受到磁场的作用力。导线在磁场中的受力方向符合左手定律。作用力大小F=BLI（B为磁感应强度，L为导线长度，I为电流）2微型扬声器的发声原理A扬声器的磁路系统构成环形磁间隙，其间布满均匀磁场（磁感应强度的大小与方向处处相同的磁场）。B.扬声器的振动系统由导线绕成的环形音圈和与之相连的振膜。C.音圈被馈入信号电压后，产生电流，音圈切割磁力线，产生作用力，带动振膜一起上下运动，振膜策动空气发出相应的声音。D.整个过程为：电一力---声的转换。3馈入信号与发出声音的对应A.磁场恒定，音圈受到的电动力随着电流强度和方向的变化而变化，B.音圈在磁间隙中来回振动，其振动周期等于输入电流周期，振动的幅度则正比于各瞬时作用的电流强弱。B.音圈有规则的带动振膜一起振动，策动空气发出与馈入信号相对应的声音。三微型扬声器磁路的设计1.1磁场的产生A，安培分子电流假设：在原子、分子等物质微粒内部，存在一种环形电流一一分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两极相当于两个磁极。B，磁场的产生：从宏观上看，磁场是由磁体或电流产生的；从微观上看，磁场是由运动电荷产生的。理解：⑴磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动电荷产生的。⑵一切磁现象都可以看成是运动电荷和运动电荷之间通过磁场发生相互作用。C，磁性材料：扬声耨所用磁体大致可以分为三类：(I)铝、镶，钻磁体.它是由铝、钻、镰、铁为主要成分浇铸而成.特点是磁能积高I剩磁高，曾在扬声器中被广泛应用，但终因钻的缺乏I价格高逐步被铁氧体取代.⑵ 铁氧体磁体「铁氧体磁体是目前广泛应用的磁体;其成分为Mu*6F电5(其中M为Pb,Ba、%等).扬声器中主要应用各向异性领铁氧体、锯铁氧钵,用氧化锁(ffi)和三氧牝二铁粉末混合，在高温炉中焙烧而成，它具有材料来源容易、价格低廉、矫顽力大、对外磁场稳定等一系列优点.(3)稀土类磁体.稀土类磁体以钛铁硼磁体为代表.它的磁性积为铁氧体10倍以上匕我国钛资源丰富，是有发展潜力的硬性材料.瞅点是生锈和居里点低」三种磁体的磁化特性如图I」所示，基本性能如表1-2所列.磁感或强星磁感或强星T项目铝银钻类钢铁氧体类稀二元素钻类最大磁能积(kTAm-l)8.2-726.4-34.414,8—286剩磁强度Br/T0.45-]30.2-0.440.6-1.06矫顽力Hc/(A-m-L)36-]0712g〜24g310-640温度系数T%户b)-0.0]6-0.19-0.04电阻AlG4710⑷50密度735.083磁路形成内磁式或外磁式几乎完全是外磁式内磁式或外磁式导磁板、导磁柱、导磁碗等导磁材料通常采用低碳钢(含碳01%~0.6%)，在高要求时可选用磁导率高的电工纯铁.1.2,磁场的描述。磁场最基本的特性是对放入其中的磁体或电流有磁场力的作用。A.磁感应强度：用来描述磁场的强弱和方向。定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的比值。八F大小：B—IL方向：磁场的方向，用放在磁场中的小磁针N极受力方向表示。注意：⑴，B是磁场本身的性质，只与产生磁场的磁体或电流有关。⑵，通电导线不能太长。

⑶，通电导线必须与磁场相垂直。⑷，B是矢量，方向就是磁场的方向。⑸，用磁感线描述磁场的分布。⑹，在国际单位制（SI）中磁感应强度单位是特斯拉1T=1N/A.m=10KGs等于10的四次方高斯产⑹，磁感应强度的测量：（一般采用特斯拉计）B.磁感线：用来形象地描述磁场强弱和方向的假想曲线。常见磁场的磁感线分布:特点：⑴，磁感线的疏密表示磁场的强弱。⑵，磁感线的切线方向表示磁场的方向。⑶，任意一条磁感线都组成一闭合曲线。⑷，任意两条磁感线都不相交。C.磁通量，可形象地表示为通过磁场中某个面的磁感线的条数。匀强磁场中中=BS工其中S工为面积在垂直磁场方向上的投影。单位：韦伯（Wb）1Wb=1T.m2由于B=?,B可表示为单位面积上的磁通量，称为磁通密度。S微型扬声器的磁路形状主要有：根据磁钢的数量来分：单磁与双磁根据磁钢的位置来分：内磁与外磁内磁：磁体置于音圈中心，周围有磁罩环绕。这种结构漏磁小。外磁：磁体位于磁路处，在音圈的外面。这种结构漏磁较多。一般用于体积小的受话器磁路。单磁也是内磁式单磁也是外磁式双磁（内圆形磁钢，外环形磁钢）,微型扬声器的磁路设计与工艺要领.磁钢+极片的高度一般与U杯（磁罩）的内高相等。.极片的外径要比磁钢的外径大0.1mm。.一般采用的是钕铁剑磁铁（有N35,N38,N45等）。.双磁作业时要分开充磁，充好磁后再粘贴。不能先把两磁钢粘好后再充磁。.微型扬声器的磁路单边间隙一般为0.2-0.3mm。.胶水一般采用AB胶粘贴磁路。设计低失真的磁路（I）闩于磁体非线性引起的失真,这种失真在两种情况下产生।一是在低频大振幅,音圈对磁隙相对位置变化较大，使磁性材料平均磁导变化，影响音圈电感，使电流产生失真口二是"于构成该磁跻的磁性材料本身磁导率引起的失真，磁体本身具有磁滞回线的磁化结构।如图4-1所示口对T扬声器来说，永磁体形式成一个较大的类似偏压的直流磁场,而音频电流弓I起的磁场变化是相当小的।这种交流磁场变化会形成一个小的磁滞回线,结果是登音频电流失其「音频电流的失真会闩于一磁通通过的地方的不同而不同，如图4々所示e在音圈周围的导磁柱及导磁板附近中a以三次谐波失真为主，一而通过磁体的磁通中日一般以二次谐波失真为主口为了减少这类失真，可以采用线性良好的磁性材料,即磁滞性能较小的材料，例如硅钢根，如图4-3（心所示,还可以采用铜制或铝制短路环।如图4-3（b）所示।短路环套在导磁柱顶部।还可以套在导磁柱根部或磁体内环片短路环起到音圈次级线圈作用一丁「短路的作用使音圈的电感接近丁零「短路环使磁性材料非线性的电感量变化减小，也使失真减小.导磁柱短路环主要对三次失真减小有效.磁体内径短跻环主要对二次谐波失真减小有效.还有另一种办法，如图4-3（c）所示，是把磁隙附近的导磁柱去掉一块।变之饱和，也对减小三谐波失真有效匚

A图磁体的磁化结构图七立图4-2音圈产生的磁通力AA图磁体的磁化结构图七立图4-2音圈产生的磁通力A一大多产生三次失真⑦B—大多产生二次失真宣流醴叱出绶L交诙班化由拄{a} (*) (勺4-3 减低电流失真的二种方法(aj采用线性良好的材料(硅钢板)：Cb)采用短路环(铜舞隙等)二(C)饱和磁通u(2)由于磁通分布不均匀引起的失真匚解决由于磁通分布不均匀引起的失真，一是让音圈工作在磁通分布均匀的区域；二是营造尽可能大的磁通均匀分布区域.按第一种思路的办法是采用短音圈方式，把音圈振动范围局限在磁场均匀范围，如图平4(a)所示匚这种办法要求有较大的磁路，不仅成本高也不容易做到匚另一种是长音圈方式，如图4-4(b)所示匚由■广音圈高度大于导磁极板厚度,所以磁隙内的磁通与音圈在振动范围内经常有10U%的耦合匚这种方法的缺点是效率降低，而且利用了一部分不均匀区域的磁通匚要营造、设计更大区域的磁通分布均匀范围，.主要是使磁通分布对称匚JBL公司首先推出的T型对称磁路很好地解决了这一问题，如图4-5所示"旦是这种方法相对结构复杂匚后来许多扬声器厂都发现，只要将导磁柱高于导磁板，就叮以得到对称磁场,如图4-6所示，是一个相对方便的方法匚图4-4为降低失真青圈和磁路的关系化为振动振幅)期在度方式：小)长音圈方式图4-4为降低失真青圈和磁路的关系化为振动振幅)期在度方式：小)长音圈方式H图小5T型对称磁路四.微型扬声器音圈的设计音圈是扬声器振动系统的重要组成部分，可以说是扬声器的心脏。音圈的名称来自“通过音频电流的线圈，简称“音圈”。音圈的性能会影响扬声器的声压频率特性、效率、失真、承受功率和寿命、瞬态特性、音质。承受功率使音圈不因过热而损坏。音圈的作用.当处在磁隙中磁场强度为B的音圈通过电流I时，受到的力为F=BIL,受力方向按左手定则。如下图••左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么,大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向..当振膜以速度V振动时，会在音圈内产生感应电压BLV,其方向符合右手定则，起阻尼作用。.音圈的质量影响扬声的谐振状况。.音圈与磁路关系非常密切，特别是失真，如下图所示，由于磁通密度分布不均匀面产生非线性失真。当音圈通过音频电流时，会产生交变磁场，由于磁性材料的非线性会出现电流失真。图$76音鸿与磁路的关系音圈的结构.有骨架音圈的结构。一般用于多媒体扬声器，笔记本扬声器（$36,$40,4028等）它由以下几个部分组成：.绕线管（线圈骨架）。它是支持线圈的骨架，通常由纸，耐热塑料，铝箔等组成。.绕线。由漆包铜线，铝线，铜包铝线组成。.压线纸。可以是绕线管的一部分，也可以是单独的压线纸。.引出线和引线。引出线是导线的一部分，引线由别外的编织线组成。如下图a是间接引线型，在扬声器装配中还要另加引线。如下图b是直接引线型，在装配过程中不再另加引线。

⑺㈤图+74音圈的结构图一）相邻引线型;（七）中心对称引线型E2.无骨架音圈的结构。一般用于手机扬声器，手机受话器，耳机喇叭等。它只由一根漆包线绕制而成.音圈导线介绍.导线的结构：由导体，绝缘层，粘接层组成。.按导体材料分：铜线，铝线，铜包铝线等。.按材料形状分：圆线，扁线，空心线。：.按绝缘厚度分：圆线：薄漆膜-1厚漆膜-2加厚漆膜-3。.按粘着方式可分为：酒精线——在酒精作用下自行粘合的线材（如:Lock）.热风线——经过热的作用下自行粘合的线材（如:PEI）.双用线——在酒精或热的作用下自行粘合的线材.按绝缘材料分：聚氨酯和聚酯两类聚氨酯导线的漆膜以聚氨酯树酯为主体。在焊接时漆膜易熔，焊接容易。另一个优点是容易着色。缺点是耐磨擦性能差，耐溶剂性弱。音圈的耐热温度约为160℃。聚酯漆包线的漆膜以聚酯树酯为主体。其焊接性能差，耐磨擦性与耐溶剂性强。音圈的耐热温度约为180℃.漆包线的检验：包括外观和尺寸的检验测量，性能的测试。其中性能包括：机械性能，化学性能，热性能和电性能。漆包线表面（外观）应光洁，色泽均匀，无粒子，无氧化，发毛，阴阳面，黑斑点，脱漆等影响性能的缺陷，排线应整齐，平整紧密，地绕在线盘上，不压线，收放自如影响表面的因素很多，它与原材料，漆料，设备，工艺，环境等因素有关。械性能：包括伸长率，回弹角，柔软度和附着性，刮漆，抗拉强度等项目伸长率反映材料的塑性变性，用其来考核漆包线的延展性。回弹角，柔软度则反映材料的弹性变形：用其来考核漆包线的柔软度。伸长率和回弹角，柔软度的好坏反映了铜材质量和漆包线退火程度影响漆包线伸长率：回弹角主要因素为（1）线材质量：（2）外力的影响。（3）退火的程度有关。漆膜的韧性包括卷绕，拉伸，即漆膜随导体拉伸变形而不破裂的允许拉伸变形量漆膜的附着性包括：急拉断，剥离，主要考核漆膜对导体的附着性能力。漆包线漆膜的耐刮试验，反映漆膜抗机械刮伤的强度。耐热性能；包括热冲击和软化击穿试验漆包线的热冲击是体观漆包线的漆膜在机械应力作用下对热的承受能力。影响热冲击的因素；（1）漆料的影响，（2）铜线的影响，（3）漆包工艺的影响漆包线的软化击穿性能是衡量漆包线的漆膜在机械力作用下忍受热变形的能力，即受压力的漆膜在高温下塑化变软的能力。漆包线漆膜耐热软化击穿性能高低决定于漆膜的分子结构得其分子链间作用力的大小电性能；包括击穿电压：漆膜连续性，直流电阻试验。击穿电压是指漆包线漆膜所承受的电压负荷的能力。影响击穿电压主要因素：（1）,漆膜厚度：（2）漆膜圆整度，（3）,固化程度。（4）,漆膜中的外界杂质。漆膜连续性试验也叫针孔它主要的影响因素，（1）原材料的影响：（2）操作工艺得影响：（3）设备的影响。直流电阻是指单位长度里所测得的电阻值。影响电流电阻主要：（1）退火程度，（2）漆包设备。化学性能：包括耐溶剂性能，直焊性。耐溶剂性能指一般漆包线在绕制成线圈后：要经过浸渍过程，浸渍漆中的溶剂对漆膜有不同程度的溶胀作用在较高的温度下更甚。漆包线漆膜的耐化学性能主要决定于漆膜本身的特性：在漆料一定条件下'漆包工艺对漆包线的耐溶剂性能也有一定的影响。漆包线的直焊性能，反映漆包线在不去除漆膜绕制加工过程中焊锡的能力。影响直焊性的主要因素为：（1）：工艺的影响，（2）漆料的影响。具体导线介绍导线材料常见的有LOCK线、SV线、CCAW（铜包铝线）、扁线等，其主要特性如下：LOCK线：使用温度在140oC,为溶剂型，一般用于小型低功率扬声器。SV线：使用温度在200oC,为溶剂型，特点为固化后粘接性能很强，是音圈生产中最常用的线种之一。CCAW（铜包铝线）：比铜线质轻、比铝线导电率高且拉力强，其高频时阻抗与铜线相仿，用它制成的扬声器瞬态特性好、灵敏度高，是高灵敏度扬声器中常采用的材料扁线：磁场利用率较圆线大（圆线磁场利用率为78%〜91%,扁线为96%）,特点为换能效率高，适于制作大功率扬声器，扁铝线更常用于专业扬声器（大功率、高灵敏度）。设计参考.导线的选择要根据：A,扬声器的额定阻抗。B,扬声器的功率。C,音圈的高度（一般是音圈高度要大于极

片高+音膜台阶高，要小于磁钢高+极片高）。D扬声器的声学性能（SPL，F0，失真等）.微型扬声器音圈的一些设计公式：圆周长L=2nr 音圈导线长二扬声器阻抗/导线的标称阻抗圈数二导线长/圆周长 音圈高H=（圈数/层数）*导线外径例如：内径为10mm的音圈，阻抗为7.4。，二层，导线用0.056mm。解答：根据下表查出0.056的最大外径0.067：阻抗为6.94圆周长：（10*3.1416）/1000=0.031416M 音圈导线长：7.4/6.94=1.066282M圈数：1.066282/0.031416=34圈 音圈高：（34/2）*0.067=1.17mm一些漆包线方面的国家标准资料:单位任电里计#方法1补充件）A1标期直径口.加3巾m及以下潦包的线按公式A1.A2计算.%=人r日^tji= *%」式中।走——式小电阻皿皿*《—显大电■阻■ j量小电阻与标林电吼之比值।见表A1；信大电阻耳标称电阻之比值，见表A1?林林电阻率数值为了545,口・仙上切；品林截面积酸=工*葩”计算m成表AI弁悻标耗直注mm耳皿%4KO19氏则1.IQOfl.侬].100C.期0-驯1.l：ICi小帧K蒯LIU。a02HOlWlmofl.032氏同口Lin。a036(U哈J.097a040oLm1.即n加50,1.Q，恻o.gjo1.网QO&fi0.Q]01.加心联。].频樽标称直径063mm以上，L3。mm及以下漆包圆筑按公式儿机N计算&=l1rt'g… （A3）.且.痴; J （Ad式中：flTi.最小电阻1灯叫珏大电阻.0/叫飞——最小电阻率.数值为1/59.口+nrnis/m«M一最大他阻率・数值为"加口-mm3/m；%我一地大截面积,mm：加--最小板面密而优

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中间规格漆包圆线最大外程表

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电阻

f参考■件）本附录中表B1曲标称电阻值昆根据导体标聊直葆和标推申.阻率1/5S.5Q•mmz/m计算得到的.表B1中标称直径0.岷3mm以上，1-OOGmm及以下的量小制最大电阻值担按附录认计算得到的表S1导体标称隹径4电阻।Q/mmm最小标乾最大QLH467.1MQ.Mfl国，410.卿41.崎Q.D£5SL船U.显&州,76*.032S1.25L氏H-a.间qBBS- .13.HO0,045..■由75QrQ5i}B.7KQ,0M—S,融口0-QS5,蝴Q.A7L3. 11318J.747出谢S.彳$丛3.40.1；i.7O3也愉）23?.KA72,9QQ依IOO乱0342.176*3330.1121,6黜1.7S!:L・弗0.155i.ai/1.3U1-皆5Q,14i)L.0551.1101.170a.m0.312ZC.8S«3「蛇06a.LKD口，6d440.^7104.7007a.ZOO(k5璃7在5相1IMS7(k如5*13KQN3aftD.44950.25D0.S3i5 .CLJURS0.3或3小招。12BTCtl.27760.2382<1.3150.512J生源自32.22711仇3就0,1474(L1；J27(k1742—1X131B以l摘0D.H4D7五.微型扬声器的膜片设计膜片设计是微型扬声器设计的核心之一，膜片设计是否合理直接影响到扬声器的特性。.微型扬声器膜片的材料介绍：主要有PET，PEN，PEI，PC，PAR，PEEK，复合材料膜等。PETPET是一种热塑性聚酯，化学名称是聚对苯二甲酸乙二（醇）酯，英文名称PolyethyleneTerephalate简称PET。其用于振膜的商品名称Mylar薄膜常用作为薄型扬声器，微型扬声器，送受话扬声器，平膜扬声器的振膜，具有一定的弹性，耐磨防潮，厚度均匀，抗化学药品，价谦等优点。常用厚度有5u6u9u12u16u19u25u38u50u75u100u等。PENPEN化学名称是聚乙苯二甲酸盐，又名2-6奈二甲酸乙（醇）酯，英文名称PolyethyleneNaphthalate,简称PEN,其质量密度小，刚性好，弹性模量比PET高，耐温可达到160℃。常用厚度有6u9u12u16u19u20u25u30u38u50u75u100u等。PEIPEI化学名称是聚醚洗酰亚胺，英文名称Polyetherimide,简称PEI。于1972年由美国GF公司研发，PEI可用模压，注塑和挤出成型，且容易后处理。颜色淡黄色。常用厚度有7u10u13u15u 20u25u30u50u75u100u等。.微型扬声器膜片的设计主要有两大块：1.膜片的基础形状的设计。2.膜片的加强筋（折环）的设计。这两者相辅相成，共同决定着膜片的特性。而加强筋（折环）的设计又分为：加强筋筋脉，加强筋剖面形状，加强筋面形状，加强筋的角度，深度，数量等要素。2.1膜片的结构：主要由球顶，折环，加强筋，音圈位，悬边等组成。2折环与加强筋的作用折环在扬声器振膜中是不可缺少的，它具有以下几个作用：折坏支持和保持振膜的振动口使振膜能沿轴向方向自由振动，却不爱横向移动，它保证音圜也能在磁隙中轴向移动口（2）折环和定心支片的顺性,共同构成扬声器的咂性，确定扬声器的谐振城率『（3）折坏本身具有的阻尼性,使谐振和反射都减小个（4）折环还应有一定气胞性，不然会有反相声波出现，造成声短路由3加强筋筋脉的设计与等效顺性的关系。A加强筋筋脉深度越深和宽度越宽，其膜片的等效顺越大B加强筋筋脉的数量越多，其膜片的等效顺越大C加强筋筋脉角度越小，其膜片的等效顺越大（一般采用0°.30° 45° 66°四种）竹叶形加强筋膜片的等效顺性大于字形加强筋膜片。竹叶形加敷筋字形加强箭E加强筋的剖面形状有四种：U竹叶形加强筋膜片的等效顺性大于字形加强筋膜片。竹叶形加敷筋字形加强箭E加强筋的剖面形状有四种：U字形，V字形，样条形，弧形。最好采用样条形D加强筋的面形状有二种：一字形加强筋面形状，竹叶形加强筋面形状2.4膜片的等效顺性Cmd的计算公式4

六.微型扬声器前盖的设计,.前盖的材质有：冷扎铁片，塑料.前盖的作用：保护扬声器的振动膜片。.前盖的设计产要包括：前盖高度的设计，前盖上出音孔的设计。A.前盖高度的设计要合理；前盖太低，膜片振动会碰到前盖导致捐伤膜片与产生异常音。前盖太高会浪费空间，因为微型喇叭的装配空间是非常有限的。所以设计时要考虑到：膜片的最大振幅音圈高一磁间隙/2,扬声器本体的高度等因素。B.前盖上出音孔的设计。1.,出音孔的位置要均匀对称。2.建议出音孔率23%时比较合适。Flnrf叩MFlnrf叩M小找*1也,■frl®Dritt 1aMi+1M七.扬声器的性能参数1,扬声器的额定阻抗扬声器的施定阻抗是一个纯电阻的阻值“但确定信号源的有效电功率时，用它来代替扬声器，此值由产品标准规定；在与校大器等区配，测量阻尼系数时此值皆有用途E在额定频率趟位内，阻抗模值的最低值不施小于龈定阻抗的国家标准GB/T9397-199”直接辐射式电动播声器通用视范》中规定，新定阻抗优选值系列为40招点、14八250500」WQ或由产品标准规定什实际上揉声器生产厂都生产系列阻挠的扬声器供用户选择。扬声器的阻抗完整地说是标称阻抗，是扬声器输入端的阻抗，对于纸盆扬声器来说，是在阻抗曲线卜低频共振频率以上的第一个阻抗最小值，通常是阻抗曲战上没有显著峰值的IkH工的阻抗中阻抗与放大器的输出阻抗有密切的关系，这就是我们后面要提到的阻尼系数0•有了阻抗值可以按下式计算扬雨器的输入功率为P匚打“胃式中Z——扬声器的阻抗（口）；仃——音题两端的电压（V、阳抗的允许偏差通常为±15%2.扬声器音圈的直流电阻2.扬声器音圈的直流电阻音圈的直流电阻均比额定阻抗小，一般为额定阻抗的0.85倍左右。3,阻抗曲线明抗曲线是指扬声器的阻抗模值随频率变化的曲线,扬声器的阻抗曲线如图3-1所示,它在最低共振频率附近急剧上升，在高频部分随音随电感增加而加大。在图3-1中，纵轴表示阳抗（口）：横轴代表频率（Hz）,通常采用对数刻度,曲线的峰是由纸*、音圈、定心支片等振动系统共振造成的口而此曲线中部最小值相当于扬声器的颖定阻抗，通常比直流阻抗大1。%『30就。可以根据扬声器直流阻抗估算扬声器因抗，扬声器的阻抗实际上由三部分组成，如图34所示a线表示损声器音圈的直流阻抗，不随频率变化（严格地济会随温度变化）”线表示电感部分，根据电感特性其感抗随频率上升而增加.和音圈的统法、瓯数有关/线表示反电动式部分,当音圈振动时会产生-•个反电动势.反电动热产生的电流与输.入电流方向相反「事实上相当于减少埔人电流.换句话说即阻抗增高C在共振频率时振助最大.等于省阻值清大◎阻抗曲线是了解扬声器性能的个窗口口4.扬声器的共振频率4.扬声器的共振频率由困3J的阻抗曲线可见，在低频段某一频率其阻抗值最大，此时的频率称之为扬声器凶共振频率，记为人，即在阻抗曲线上扬声器阻抗模侑随腆率上升的第一个主峰对应的频率」痢声器是•个振动系统，共振顺率与扬声器的质皆和顺性有关,即振动系统的质翳愈大,纸盘折环、定心支片愈柔软，则独性愈大,共振频率愈低.反之共振^率愈高口写成公式为

式中 ——振动系统的质京;。 振动系统的顺性口图3-3搦声器共痂粒率分布图我们常常希望降低扬声器的共振频率，但是有一定限度…增加振动系统质量固然可以降低共报睡率，但质量增加会使损声器输出声压降低；增加振动系统的顺性在一定范围可以降低共振频率.但是顺件增大会使振动系统振幅增加及振动系统强度减弱，两苕都导致失真加大，因此共振频率有一个适当值，其限度在25Hi40H设图3=3图3-3搦声器共痂粒率分布图共振频率是播声器重放的起点，也是低频重放的下限二在共振频率以下，扬声器的输出声压随菠率的平方面下降。扬声器的共振频率会随温度、湿度的变化而变化.这种变化在全纸盆扬声器时代比较明显『由于空气里湿度过大，旅膜吸潮使质量增加.折环柔软T使共振频率下降,下降幅度近I。%口温度上升也有便共振频率降低的趋势口有人觉得在细雨豫胧之中听音乐别有一番情趣，除了心情，环境因素以外，修声器共振频率的做妙变化也是一种契机)近年来扬声器振膜材料和工艺的改进，如聚丙:席，碳纤维，金属等振膜的采用『各种复合折环的出现，振膜防潮剂、湿强度剂的改进，都促使扬阳器的共振频率趋于稔定,扬声器的其振频率随输入功率的大小和r作时间的长短也会有些变化。根据我们的实险.共振频率会在加入功率.一段时间略有下降，然后趋向植定口有人买来音箱客武先加功率工作一段时间(称之为煲机，我打既不反对也不提倡)，其作用品使热声器共振频率稳定心5.指定频带内的特性灵敏度(SPL)—扬声器作为电窗摸能器我们自然关心它的效率，对十扬声器来说用声压级、特性灵敏度来表示比鼓方便，这里介绍下面几个概念口(1)指定频带内的特性灵敏度口在自由场条件下的指定频带内，输入到荡声器功率相当于J霄的粉红噪声信号，在参考箱上距离参考点11r的声压「所谓自由场指的是没有声反射的空间口在空间中，点声源所帽射的声压口与测试距离r的关系应满足p与「成反比，通常利用消声室来测量白(2)指定频带内的特性灵敏度级.即以对数表示的特性灵敏度,特性灵敏度与基准击压比值的对数值乘以20.用dB表示口基推声压为2Pa,(3)这里提到的粉红噪声是一种噪声信号，指用正比于趣率的频带宽测量时，其频谓连续井旦沟匀的噪声口也就是说，它是在宽广的领带内等比例带宽能量相同的噪声°这里提到参考轴，是将平行于扬声器的某定义平面称参考面，通过搦声器轴与卷考面相垂直的统称为参考就参考轴一与参考面的交点称为参考南口(4)经常遇到的是，当扬声器输入功率不是［雷，而是其他功率值时，这时的输出声压级叮以按公式计算为区PLg.=%+10收%式中 一特性灵敏度级；1G 此时输入功率口为了便于计算，可参考表？一，查表求出数据，除了不同输入功率的输出声压级不同以外，不同距离的收听声压级也不同.输出声压级表3-2声压缴增加量与输入功率的关系1一声星熨埠加餐墟I]।_ 输入功率，即_声星报增加,)日幅大功趣」用I_ 1,0_1」旬.06.31 £0 1.67-9] 3川 1.01010. 2力150L3f .必 J,0 "20.0604.D25.03附上L__i_ 5,030M[QOO 的降低与距离平方成比例，也可按表33查表计算。表3*3不同位置收听声压级的衰减量距周小1.01.52.02.53.U4.04.5话羸量内出03.560a.o9.5131距鹿，m5JJ. 110.015020.055.030.01工J20023J26.02B.029.6扬声器的特性臭敏度级过小.在使用时会消耗更多功率。但也不是灵敏度意高愈好,过高容易失真使加大口这里讲到的特性灵敏度级定义是根据1EC268*5和GB/T9396J996林酒而定，与日本标准有所不同。根格日本标推J1SC553表示灵敏度的指标称为输出任压级，系指在规定的频带或频率内，，供给扬声器1尔的功率，在参考轴上距参考点1m处声压级的平均值，通常是4点频率的平均值,即200H%250H人300出、400Hz,第人为正弦信号R.自由场和半空间自由场下的响应通常「见到的扬声器频率响应曲线，有.-个不言而喻的先决条件，它是在自由场或半空间自由场条件下测裾的。因为只有在自由场条件下才能测得单纯是礴声器的频响曲线「因此对下扬声器菠率响应比较完整的规定是”在自由场或半空间自由场条件下，在相对于参考轴和参考点的指定位置，以规定的恒定电压测得的作为频率函数的声年级，所用的恒定电压为正弦信号，或为换率噪声信号二所谓自由场通常指消声室，可块免除房间的影响会将扬声器放在一个大平曲忆对天空辐射，这是♦一个半空间自由场」对很多匕型的音箱,这也不失为_个好方法己要求恒定电K的目的在于浅明测量是在稳定条件下进行的,所谓嗡带噪声指的是：门)把粉红赚出信号债给扬声器，用1/3ocK]/3倍频程J灌波器分析传声器的输出信号.(2)用相对带宽为1/3加1的粉野雅吉信号。在这种条件下我们便可得到扬声器的频率晌应曲线，如图立9所示」这条曲线是传声器正对扬声器参考轴中心测得的口有时为了检查场声器的推向性怖别要测试扬声器的偏轴特住•例如对，6伊1的频率特性『如图3/0所示口

题率他题率他图3」0扬声器的偏驰频率特性有r频率响应曲线就可以决定有效频率范围，这不毡随意指定的二其方法也“在用正弦信号测得的频率响应曲线上,在灵敏度最大的区域内取•一个倍频程带宽，在其中按l/3oct取4点计算其声压弱的算术平均值，下降IQdH划一条平行于横坐标的直线『它与频率响应曲线高低两端的交点（即巧和/J所对应的频率范围，即为有效频率范围（对电就式扬声器，通常用ft作为有效频率范围的下限频率卜但对于谷值的频带宽度小于1/Poct的部分不计算在内।这样我伯就有一个共同的标港口至于市场上有些音箱不论箱体大小.不管更量高低一律标称⑪khi”20kH%是不对的。现在放字技术的发展,出现了多种用计算机轲助测量场声器频率响应的方法，不用昂贵的消声窣，糖量起来快速简便,而且中高低部分与消声室测量绪果能很好地吻和口只是低频有些不一致（也有一些补救办法）口但由于各种软件编制的差异，不论是国际电工委员会（IEC）或国家标准，对此都没有界定.换句话说可以使用但不能作为正式标掂口.扬声器的功率扬声器的功率是选择.使用扬声器的重要指标之…U功率用瓦（用）、伏安（V・A）来表示,扬声器使用的是视在功率，故用更合适口本来功率有淮确的定义’国际国内都有可依据的标准u由于利益驱动某些国内外厂家.功率标注相当混乱.既聪了顾客.又向自己招牌愎污水口在这里我们根据权威的IEC268-5（i989）.GB/T9396-1996,对备个功率定义予以说明：（1）额定噪声功率（功率承受能力）口在额定频率地围内馈蛤扬声器以规定的模拟节目信号।而不产生热和机峨损坏的相应电功率口其定义为U/心灯是额定噪声电压,我是额定噪声电也口这里额定频率范围是指“由制造厂规定的扬声器频率重围飞甄定噪声电压指,在颤定机率前围内馈给扬声器以规定的模拟节目信号，而不产生热和机械物坏的信号电压Z模拟节目信号是指更接近实际使用情况卜的信号，它的功率谐如图3-8Q）所示，是由粉红噪声僖号通过--专用滤波器得到的口流灌髀电路如图3-匿6）所示。在场声器设计定型和生产足型时.要求扬声器在额定嘱声功率输人状况下T作［ooh,这16JU耳16JU耳J252505001000(KJOJODOS(MM博WX15 25知100200W1600)15063OT-2500频率瑁E04?"-II负共迎抗>FMkn43002即「 04?"-II负共迎抗>FMknC)o—阳电动势(帔红嗤声】 3处0C)图%g模网信号功率港及所用淋波器1口)模拟替自信号的功率由；C外第刃节日信号用度液器(用于帕红喳声源)。是.个严珞的，负责的要求二通过.这个100b的试验，足可保证扬声器在正常状况下安全无误地匚作©在大量生产中可用L2倍噪声功率试验48卜表3」是模机节目信号的功率谙」表3］模拟节目信号的功率谱榔1率/Fh相对功平缄Fd口允差仆R轴杵Ht相对功率球.YR允菱/册工负正揖20-1&53。3.0m0050.525-IQ.27.02.i)ICWO-o.l0.60.631.5-7,4.].01.01250-030.70-7413-5.士i01-01600-0.5口.£50—S-51.0102000-1.0].01.06?-2.51.01.035W-16?.0].口80'1.4101.031和-2.51U10too-0.S0.80.84000—3,7LU10325fQ.60.60.65000-5.11.01016口-0.20.5656300-7,01.01.0200-CM0.50.5iKMK)-y.a1.01.025000.50,5JOflOO-11.91.01.031500.5。5izsno—14u8J.51.540000.30,316000-18.22.02.050000.30.J2Q0U071节3.03.0EW0一仇50.5(2)长期最大功率.与长期最大电压相对应的电功率，其定义为U/K,式中U为长期最大输入电压，出是额定阻抗口这里长期最大电压指扬声器能承受持续时间为Im由、间隔为2min、重复10次的模拟节目信号，而不产生永久性损坏的最大信号电压。这个长期最大功率意味着扬声器长时间承受功率的上限口(蓊短期最大功率口与短期最大输入电压对应的电功率：其定义为为蛔期最大输入电压，R是额定阳抗。短期最大输入电压指扬声器能承受持续时间为人、间隔为60s、重夏60次的模拟节目信号而不产生永久性损坏的最大信号电用「它意味着扬声器痂期能承受功率的匕限,在一些贲料中',瞬时功率”「音乐功率”「峰值功率”的含义为短期最大功率.，这些功率值大于额定噪声功率7我们再来看看其他相关规定.(1)法国的规定。根据法国标准NFC97-330扬声器特性的测量方法规定；扬声器断定功率为制造厂根据扬声器顼定的用途而给定的电动率「在大务数情况E用于语言却音乐重放，就定功率应由制造厂给出审注：期定功率通常可视为放大器的不失真输出功率，与该救大熊相连接的扬声给能.在救时间内满意地重妆正常节目=因此这个规定将主动权给了工厂“法国的"AUDAX”公司规定额定功率的测试遵循fEC268-5,按其方法加模拟节目信号、不过测试的时间是8%而不增l00hc(2)美国的规定°根据美国工业办会(EIA)标准RK426-S,关于扬声器额定功率的规定与IEC26&5有所不同.测试时间不是IQOh而是8h,模拟节目信号漉波器也有所不同;美国EV公司，通常提供两种功率小一种是长期平均功率维TermAveragePowerHandingCapa山y),公司说明遵照EL4RS-42GA、另一种是短期功率⑸QjrtTermPowerHand，mg(napac-ity)「标明在401k以上持续10sLi扬声器功率问廖之所以重要।首先关系到它的寿命、可靠性；还关系到重放声音的质量“扬声器班送噪声功率之所以受到限定、主要是输入功率加大会引起音谶温度的提高和失直的加大Q电动式扬声器的效率是很低的，通常只有百分之几，大部分能展转化为热能.这种熬能一部分向空间逸粮，一部分使音阍温度升岛口音圈温度升高会导致粘合剂的软化和音圈的膨胀变形二，般情况下崎人功率愈大।温度上升愈高；输入功率愈大,温度上升愈快.扬声器的口径愈大，相应输入功率也大口另外扬声器在振动时有一个最大线性范国，超过这个范围关直就会加大。扬声器振动还有一个机械允许范围+题过这个范围扬声.躇会产生机械损伤甚至是不可挽回的损伤』从这个意义讲，额定功率指标的重要性是第一位的口.扬声器的品质因数和等效容积品质因数是扬声器共振曲线尖锐程度的-种比度，陆称它能确定扬声藉在f处的特性，可以埋解为是抑制、阻尼共振的重要参数*Qu愈高.共振就愈强，齿由扬声器的阻抗曲线确定,井按下式计算(如图3-4所示工n.-±,九/-一『15一.h-fA「”】式中fy——扬声器的共振频率(用工卜y——无处扬声器阻抗极大值71TMt与扬声器直流电阻之比零：।Nm।——几处的阻抗模值; 7&——音陶的直流电阻口在频率力、力处的阻抗模值相等，即|町|二|l./i8.满足/L/2=限当满足条件r(- 1)72时.有当「介AI时*有「0fv2r।这时可用人下降3dB处的殂抗极大值来求取人、六从而计算品质因数Qg可按图3-4所示.近似由下式计算； 门八■㈤Q-F式中人——共振顼率；Zz--加时的阻抗;f^h一喧了.的频率；正二一音圈的直流电阻QQ。值和扬声器共振频率附近的声压级关系如图3-5所示口从图可以看出不同Q□值在共振频率附近有不同的表现：当Q。大于。.7时共振峰较高，使低频重放夸张：当也小于0.711尼又套增加°因此也有-最佳值，和音箱箱体设计配合中册值大于0.4的扬声器适合装入间箱，Qp值小于0.4的只适合装入开口箱,图某6是.个Qq值的分布国，使我们对Qo的数值有一个概念◎扬声器口径向大，则0。值愈小，当扬声器口径在300mm以上时，yQ值在0.7胤下0物声器的Qt＞与插声器的靖构工艺有关，可以在一定范围内对其控制.最葡单的办法是改变振动系统的质量，Q»与振勖系统质量成正比,与磁隙谶通密度平方成反比，其公式为

20图3-4 低频段的电电抗得性图3-5值值与汽处的直压级关系20图3-4 低频段的电电抗得性图3-5值值与汽处的直压级关系R,——音圈直流电阻；8—磁隙磁通密度./■一音甑性度；。0——振动系统等效顺性，感声器的等.效容积c等效容积指在这个容积中空气的声顺与扬声器的声顺相等门等效容积、共振频率、品质因数是音箱设计时必须考虑的三个参数口测试方法：测出扬声器单元不另加负载的阻抗曲线，从阻抗曲线上找出共振频率北◎测试时熔扬声器装入一个坚固的内壁无衬垫的密闭箱内，如图3-7所示,图3-6。值分布图靛穗确有静图3-7内用无时塾的密闭箝测出该系统的阻抗曲线从阻抗曲线上找出装箱后扬言器的共振频率九，自然是八大干加,按F式计算等效容积为】，=几[(/")-1]式中lh——箱体的内容积与被扬声器单元所占空间容积之差;人——装箱后扬声器的共振频率C

9.扬